模塊十四放大器的非線性應(yīng)用.ppt

電工電子技術(shù)基礎(chǔ),人民郵電出版社,知識(shí)模塊十四 放大器的非線性應(yīng)用,主要內(nèi)容 單值電壓比較器的工作原理及電壓傳輸特性 遲滯電壓比較器的工作原理及電壓傳輸特性 重點(diǎn) 單值電壓比較器的工作原理及電壓傳輸特性 遲滯電壓比較器的工作原理及電壓傳輸特性,一、單值電壓比較器 1過(guò)零電壓比較器 圖14-1（a）為一種電壓比較器，ui 為待比較的輸入電壓。同相輸入端電壓為零，即參考電壓 UREF =0，由于集成運(yùn)放工作在開(kāi)環(huán)狀態(tài)，所以當(dāng) ui 0時(shí)，運(yùn)放輸出為負(fù)的最大值，即 UOL=-UOmax ，當(dāng)ui 0時(shí)，運(yùn)放輸出為正的最大值，即UOH=UOmax 。從圖14-1（a）中 可見(jiàn)，運(yùn)放的狀態(tài)在ui =0時(shí)翻轉(zhuǎn),因此，該電路稱(chēng)為過(guò)零電壓比較器。 （a）電路圖 （b）電壓傳輸特性 圖14-1 過(guò)零電壓比較器 若以輸入電壓為橫坐標(biāo)，輸出電壓為縱坐標(biāo)，可畫(huà)出輸出電壓隨輸入電壓變化的關(guān)系曲線， 稱(chēng)之為傳輸特性。過(guò)零比較器的傳輸特性如圖14-1（b）所示。,2非零電壓比較器 如果將參考電壓UREF 接在運(yùn)算放大器的反相輸入端，待比較的輸入電壓 ui接到同相輸入端，構(gòu)成如圖14-2所示的同相輸入單限電壓比較器。圖中 輸出端所接穩(wěn)壓管用以限定輸出電壓高低電平幅度，R為穩(wěn)壓管限流電阻。 當(dāng)ui UREF 時(shí)，輸出為高電平，UOH=UZ當(dāng) ui UREF 時(shí)，輸出為低 電平UOH=-UZ ， 從圖中可見(jiàn)，由于 ui 從同相端輸入且只有一個(gè)門(mén)限，故 稱(chēng)為同相輸入單限電壓比較器；反之，當(dāng)ui 由反相端輸入，UREF 改接到 同相端，則稱(chēng)為反相輸入單限電壓比較器。 （a）電路 (b)傳輸特性 圖14-2 同相輸入單限電壓比較器,【例14.1】設(shè)計(jì)一個(gè)電壓比較器，UREF=2V，要求如下：輸出低電平約 為-6V，輸出高電平約為0.7V；當(dāng)輸入電壓大于2V時(shí)，輸出為低電平。 【解】因輸入電壓大于2V時(shí)，輸出為低電平。故輸入信號(hào)應(yīng)加在反相輸入 端，同相輸入端加2V的參考電壓。又因輸出低電平約為-6V，輸出高電平 約為0.7V，故可采用具有限幅作用的硅穩(wěn)壓管接在輸出端，它的穩(wěn)定電壓 為6V。當(dāng)輸出高電平時(shí)，穩(wěn)壓管作普通二極管使用，其導(dǎo)通電壓約為 0.7V，故輸出電壓為0.7V；當(dāng)輸出低電平時(shí)，穩(wěn)壓管穩(wěn)定電壓為6V，故輸 出電壓為-6V。綜上所述，滿足設(shè)計(jì)要求的電路如圖14-3所示。 圖14-3 例14.1圖,二、遲滯電壓比較器 單門(mén)限比較電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但抗干擾能力差，例如當(dāng)輸入信號(hào)受干擾在門(mén) 限電壓附近變化時(shí)，則輸出電壓就會(huì)反復(fù)從一個(gè)電平轉(zhuǎn)換到另一個(gè)電平， 若用這樣的信號(hào)去控制用電器，則會(huì)使之頻繁動(dòng)作，造成錯(cuò)誤控制。為 了提高電路抗干擾能力，可以取兩個(gè)門(mén)限電壓的電壓比較器即遲滯電壓比 較器。遲滯電壓比較器電路如圖14-4所示。 （a）電路圖 (b)電壓傳輸特性 圖14-4 遲滯電壓比較器,由圖(a)可知 式中：uo=UZ，與前面的電路相比，參考電壓UREF是變化的。設(shè)輸入電壓ui很 小，電路輸出高電位UOH=+ UZ，此時(shí)參考電位為 輸入電壓ui增加時(shí)，只要小于參考電壓u+，輸出電壓uo保持UOH=+ UZ不變；當(dāng)輸 入電壓增加到大于參考電壓u+時(shí)，輸出電壓由高電位UOH躍變到低電位UOL=- UZ，此時(shí)參考電壓也躍變?yōu)?當(dāng)電路輸出UOL=- UZ后，如輸入電壓ui減小時(shí)，只要大于參考電壓，輸出電壓uo 保持UOL=- UZ不變；當(dāng)輸入電壓減小到小于參考電壓時(shí)，輸出電壓由低電位UOL 躍變到高電位UOH=+ UZ，此時(shí)參考電壓也躍變。以后的過(guò)程周而復(fù)始。,當(dāng)輸出為+UZ時(shí)， ，稱(chēng)為上限閾值電壓；當(dāng)輸出為- UZ時(shí)， ，稱(chēng)為下限閾值電壓 。 兩個(gè)閾值的差稱(chēng)為回差 電壓，即 ，調(diào)節(jié)R2、R3的比值，可改變回差電壓值?；夭铍?壓大，抗干擾能力強(qiáng)，延時(shí)增加。實(shí)用中，就是通過(guò)調(diào)整回差電壓來(lái)改變 電路某些性能的。 【例14.2】電路如圖14-5（a）所示，試求上、下限閾值電壓，并畫(huà)出電壓 傳輸特性。 （a）電路圖 （b）電壓傳輸特性 圖14-5 例14.2圖,【解】由電路可知，當(dāng)反相輸入端電壓低于同相輸入端電壓時(shí)，輸出電壓 被雙向穩(wěn)壓管箝位于在高電平6V。此時(shí)，同相輸入端電壓即為上限閾值電 壓 當(dāng) V時(shí)，輸出電壓由高電平6V跳變?yōu)楸浑p向穩(wěn)壓管箝位的低電平 V。 此時(shí)，同相輸入端電壓跳變?yōu)橄孪揲撝惦妷?故當(dāng)反相輸入端電壓 V時(shí)，輸出電壓由低電平 -6V跳變?yōu)楦唠娖?V。 電壓傳輸特性如圖（b）所示。,三、比較器的應(yīng)用 比較器主要用在測(cè)量電路、自動(dòng)控制、越限報(bào)警、波形變化及對(duì)